很“糾結”的海衛一

□張唯誠

很“糾結”的海衛一

□張唯誠

當海衛一從恒星面前經過時，儀器測量了恒星光線穿越海衛一大氣的微弱變化，這種變化反映了海衛一的大氣密度，如同地球上夕陽西下大氣層會使陽光變暗而顯示地球的大氣密度一樣。

自從1846年海王星被發現后，迄今天文學家已發現13顆海王星的衛星。但在“旅行者2號”衛星探訪海王星之前，人們認為海王星只有兩顆衛星：海衛一和海衛二。其中海衛一是海王星系統最受人關注的天體，因為科學家們一直懷疑它內部可能有一個液態的水層，如同一個地下海洋，原始的生命就有可能存在于那里。

實際上，海衛一還是一個很“糾結”的天體。它有很多理不清的問題和奇怪的現象，等待著人們去破解和探究。

“身世”新說

海衛一最“糾結”的問題是它的身世。海衛一似乎并不屬于海王星，或者說是從其他地方來的，原因就在于海衛一是顆逆行衛星，也就是說它繞著海王星公轉的方向旋轉，與海王星的自轉方向是相反的。

這種情況在太陽系中并非絕無僅有，例如土衛九就是一顆逆行衛星，原本也并非屬于土星。“卡西尼號”探測表明，土衛九是由水冰、巖石和含碳化合物組成的，這表明它可能原本處在太陽系邊緣，后來才被土星捕獲成了土星家族的一員。那么，海衛一是否也如此呢？

科學家在嘗試解釋海衛一的奇特軌道時認為，海衛一曾撞上了海王星的其他衛星，這次碰撞改變了海衛一的軌道，但這種觀點存在很大的缺陷，它要求那次碰撞既要大到足以改變海衛一的軌道，又不能太大以至于把海衛一撞碎，而這種恰到好處的碰撞在宇宙中并不多見。

2006年5月，有科學家在《自然》雜志中發表文章提出了新的看法，說海衛一很有可能是一個雙星系統的一員，它是被海王星從那個雙星系統中“俘獲”而來的。科學家解釋說，這個雙星系統原來是圍繞太陽公轉的，雙星中的兩顆星質量相差不大，無所謂誰圍繞誰旋轉，看上去它們像是相互繞著對方旋轉，而實際上則是圍繞公共的質心旋轉的，且這個公共質心又圍繞太陽旋轉。

然而，當這個雙星系統與海王星近距離相遇時，海王星的引力便破壞了它們的體系，其中一個星體被海王星“俘獲”了，這就是海衛一。由于雙星系統的殘余影響和海王星引力的共同作用，海衛一繞海王星的公轉方向就變得和海王星自轉方向相反了。

影響海衛二

由于海王星離柯依伯帶很近，科學家也就推測這對雙星很有可能來自柯依伯帶。倫敦大學瑪麗女王學院科學家克雷格·阿格諾和加利福尼亞大學的道格拉斯·漢密爾頓認為，當年海衛一的“伙伴”被海王星的引力彈了出去，而海衛一則降低了速度并被海王星“俘獲”了過來，至于那“伙伴”是誰，科學家認為它很有可能就是冥王星。

柯伊伯帶是冥王星軌道附近呈帶狀分布著的大量冰狀彗星，它的外邊緣大約延伸到距太陽50個天文單位的地方。探測表明，那里除冥王星外確實有大量類似冥王星的“類冥天體”，而天文學家們近年來也確實在太陽系中發現了不少雙星系統，他們認為柯伊伯帶中百分之十一的天體是雙星系統，地球附近的小行星也有百分之十六屬于雙星系統，所以雙星系統與海王星相遇的幾率看來不會太小。

另外就是海衛一的個頭，它的直徑約為2700千米，比冥王星大很多，除了不繞太陽公轉，它幾乎具備行星的所有特征，比如具有磁場、有行星型的地形和內部結構，甚至還有稀薄的大氣，所以將它的原有身份定位于圍繞太陽旋轉的柯伊伯帶天體似乎更合理些。

“糾結”的過程并沒有完結，科學家推測“海衛一事件”還可能影響到它的“兄弟”海衛二。海衛二的軌道十分怪異，離海王星最遠的時候距離為900萬千米，最近卻只有1.4萬千米，這樣的運行很有坐過山車的感覺。通常情況下，這種軌道特性表明這個天體也來自其他地方，然而海衛二的物質組成又否定了它的外來身份，因為海衛二的組成表明它和海王星形成于同一個行星盤中。

科學家認為，海衛二的怪異軌道有可能是海衛一造成的，當海衛一和它所在的雙星系統貿然闖入海王星系統時，它們的引力把海衛二彈出了正常的軌道，因而海衛二的運行狀態也就形成今天這個樣子了。

氣候正在變暖

1997年，科學家們對海衛一進行了一次巧妙的觀測。當時海衛一正從一顆恒星面前經過，他們使用哈勃太空望遠鏡和一些地面觀測設備研究了海衛一的大氣，相信海衛一上冰層的溫度和它的大氣壓力之間存在著密切聯系，冰層的升溫會把一些氣體釋放到大氣層中去，其結果就是導致氣壓升高，因此假若測出了海衛一上的大氣密度，就可以據此推測它上面的溫度了。

當海衛一從恒星前面經過時，儀器測量了恒星光線穿越海衛一大氣的微弱變化，這種變化反映了海衛一的大氣密度，如同地球上夕陽西下大氣層會使陽光變暗而顯示地球的大氣密度一樣。

測量結果表明，海衛一的大氣密度較1989年有了很大幅度的提高。根據測算，人們發現海衛一的表面溫度已從1989年“旅行者2號”造訪時的零下236攝氏度上升到零下234攝氏度，這表明海衛一正在經歷著一場持久的全球變暖，并且這種變暖的趨勢一直持續著。領導這項研究的美國馬薩諸塞州科技學院的天文學家詹姆斯·埃里奧特說：“海衛一上的氣壓增加，這意味著它變得暖和些了。”

那么，這種氣候變暖是怎么回事呢？

一種觀點認為，海衛一正在迎接一個極端的夏天的到來。由于海衛一的軌道和海王星的軌道之間存在著傾角，它在繞海王星公轉的過程中會有一個明顯的季節變化過程，溫度升高正是它進入夏季的表現，不過這個季節的轉換過程很長，大約有好幾百年。

還有一種觀點認為，海衛一表面的冰的構成發生了變化，從而使它從太陽那里吸收了更多的熱量。海衛一正在經歷一次氣溫上升的過程。

以往人們只知道地球在遭遇全球變暖，現在看來，全球變暖并不只是地球的命運。埃里奧特說，雖然海衛一的溫度升幅不大，但對氣候的影響卻不能小覷。對天文學家來說，海衛一上的氣候變暖也許讓海衛一顯得更加富有吸引力，因為了解海衛一氣候變暖的過程無疑對我們認識地球上的氣候變暖會有所幫助。

著陸海衛一

1989年，“旅行者2號”衛星在接近海衛一時還發現了幾座冰火山，有的還在活動，它們噴出的物質不是火熱的巖漿，而是冰凍的甲烷、氮或者其他冰類物質，這些噴出物中有的甚至被噴到了32千米的高空。

“冰火山”，其實就是一種混合了各種物質的噴泉。科學家推測，海衛一上的冰火山可能形成于內部不斷升高的液氮壓力，也可能產生于季節性的太陽照射。海衛一上地形復雜，多斷層、山脊和各種冰結構，撞擊坑也少，這說明它表面活動很劇烈，有過長時間的地質活動期，所有這些都為冰火山的產生創造了條件。

海衛一的南半球平滑而缺少變化，而北半球則分布著一種奇怪的地表。從“旅行者2號”拍攝的照片上看，這種地形有密密麻麻的皺紋，很像一塊哈密瓜皮，所以被人稱為“哈密瓜皮地形”，至今這種地形僅在海衛一上被發現，它形成的機理尚不清楚。海衛一南北半球的地形差異很大，這在其他星球上并不多見。

科學家們一直在思考如何探測海衛一。2003年有科學家提出了一個比較完備的探測海王星和海衛一的太空計劃，他們設想建造一艘大型海王星探測飛船，其上載有三枚探測器，兩枚用于探測海王星大氣，另一枚則著陸海衛一研究海衛一的表面，具體的著陸地點選在南北兩極地區，因為在那里有可能找到大量的冰。假若這艘飛船能夠按計劃成行，它將于啟程十幾年后抵達海王星并釋放海衛一著陸器。

當然，實施這樣一次太空任務需要花很多錢，估計耗資達30億至40億美元。

由于海衛一是逆行衛星，加上海王星巨大潮汐力的影響，海衛一的公轉半徑會逐漸變小，最終將隕落到海王星上，或者變成一道海王星的光環，這是海衛一的最后結局。